JPH0691862A - プリントカートリッジ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】圧力調整器。インクの瀘過、オンデマンド溶
融、急速点火、温度調整ヒータをモノリシックプリント
ヘッドに集積化した熱インクジェットプリントカートリ
ッジを提供すること。 【構成】団体から液体に相変化するインク32はインク貯
蔵部27に配置される。オンデマンド溶融ヒータ45により
熱拡散器33、35が加熱され、インクをとかす。インクは
送給室28を通ってプリントエンジン40に行く。空気袋30
と泡発生器46はインクの減少や温度変化による圧力調整
を行う。本発明は圧力調整、インクの瀘過、オンデマン
ド溶融、急速点火ヒータをモノリシックプリントカート
リッジに組込みコストを下げ、組立てを簡単にしてい
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は熱インクジェットプリン
タに関し、特に可撓プラスチック基板上に作られた熱イ
ンクジェットプリントヘッドに関する。

【０００２】

【従来技術とその問題点】モノリシック熱インクジェッ
トプリントヘッドは代表的には、その主要構造要素に対
して可撓プラスチック基板を使用している。薄膜、障
壁、オリフィス板、および電気結線から成る小滴発生器
はプラスチック基板に組込まれている。モノリシックプ
リントヘッドを組込んでいる、「ホットメルト（熱溶融
または相変化）」インクを使用するプリントカートリッ
ジでは圧力調整、インク濾過、要求時（オンデマンド）
溶融、および急速点火ヒータを使用する必要がある。こ
れまで、このような要求事項はモノリシックプリントヘ
ッドを備えた別の構成要素を追加使用して満たされてい
たが、組立の費用が加わると共にインクジェットプリン
トカートリッジの全体の機械的複雑さが増大する。

【０００３】泡発生器を採用する圧力調整器は、液体イ
ンクを使用する熱インクジェットプリントカートリッジ
用に開発され、1991年８月29日に出願された米国特許出
願07/752,107に開示されている。液体インクシステムに
おける泡発生器の実用的装置は普通、熱サイクルまたは
高さサイクルによるインクの損失、およびペンの取扱中
（泡発生器が液体の層で覆われていないとき）での内部
真空の損失を防止するために精巧な分岐および圧力補償
を行っている。泡発生器は、プラスチックに穴をモール
ドで作り、金属に穴をきりであけるかまたは打抜き、お
よびプラスチックフィルムに穴を形成し作ったりしてい
る。プラスチックフィルム泡発生器は液体熱インクジェ
ットプリントカートリッジでは別個の構成要素として使
用されており、ノズル板または基板の構造体と一体には
なっていない。

【０００４】相変化インクを採用するインクジェットプ
リンタの相変化および温度の制御を行う熱エネルギを発
生するのに、カートリッジヒータおよび他の電気抵抗手
段を使用するのが慣例である。相変化インク用インク印
刷機構では、待機モードの期間中のインクの揮発分の損
失または他のインク劣化を防止するために、またプリン
トヘッドをプリンタから取外している間の熱い液体イン
クが放出されるのを防止するために、インク小滴吐出オ
リフィスでのインクの凍結（固体化）を使用している。

【０００５】インクの濾過に関しては、多数の従来の熱
インクジェットプリントカートリッジでは、インクは、
フィルタ、インクパイプ、およびシリコンまたはガラス
基板のスロット（または穴）を通過してから小滴発生器
に入って吐出される。フィルタは典型的には、直径が代
表的に10〜20ミクロンより大きい粒子を除去する金網で
ある。フィルタは典型的には板材から圧断され、プリン
トカートリッジ本体に挿入され、そこで所定位置に熱固
定またはスエージされる。

【０００６】

【発明の目的】上述の熱インクジェットプリントカート
リッジの複雑さに鑑み、本発明の目的は、圧力調整、イ
ンク濾過、要求時（オンデマンド）溶融、および急速点
火ヒータをモノリシックプリントヘッドに組込むことに
よりそれらを改良し、更にコストを下げ、それらの組立
てを簡単にすることである。本発明の他の目的は、他の
処理段階と同時にインクの封じ込み、機械的位置合わ
せ、および伝熱の諸特徴を形成し、追加プロセスを最少
限にして追加機能を得ることである。

【０００７】

【発明の概要】前述のおよび他の目的は熱インクジェッ
トプリントカートリッジの機能組込み（集積化）レベル
を上げることにより達成される。本発明の熱インクジェ
ットプリントカートリッジは、固体インクを封じ込め／
供給する手段、インクジェットカートリッジをインクを
正確に分散させるよう位置合わせする機械的位置合わせ
機構、および熱拡散機構から構成されている。インク封
じ込めおよび位置合わせはプラスチックまたは他の適切
な材料から成る封止ペン本体を使用して行われる。熱拡
散はペン本体内部に設けられた熱伝導性要素により行わ
れる。圧力調整はベローの空気袋と共同動作する泡発生
器により行われる。圧力調整およびインク濾過の構成要
素はプリントエンジンが入っている基板に組込まれてい
る。

【０００８】本発明のプリントヘッドは、泡発生器を固
定し封止してインクカートリッジ内部に大気圧以下の内
圧を維持するのに凍結（フリーズ）機構を採用してい
る。外部への通気孔を有するベローの空気袋は加熱また
は冷却によりペン本体内の空気が膨張または収縮すると
き部分真空を比較的一定に保つために設けられている。
他に、本発明は、小滴発生器の直接構造体に組込まれ、
同じ材料から且つ同じプロセスにより作られているヒー
タを備えている。本発明は、各小滴発生器または一群の
小滴発生器についてプラスチック基板に個別フィルタを
設けることによりメッシュフィルタおよび組立操作を排
除することにより従来技術のプリントヘッド装置に改良
を施している。整列した穴が従来の熱インクジェットプ
リンタの単一貫通穴の代わりをしており、これによりイ
ンク濾過およびインク供給の機能が取入れられている。

【０００９】本発明の他の特徴は、プリントカートリッ
ジが待機モードにあるときまたはプリントカートリッジ
をプリンタから取外したとき泡発生器を封止するのに熱
溶融インクの相変化を利用していることである。活性の
プリントカートリッジをプリンタから取外すのは泡発生
器のオリフィスが固化するまで遅らされる。これは泡発
生器の近くにあるインクを液体状態に維持する局部熱源
を取外し、泡発生器の中または上方に固定プラグまたは
表皮を形成するのに充分な液体インクを溶融する熱を消
散することにより要求時に行われる。この簡単な機構は
インクの封じ込めおよび部分真空の保持を以前の装置の
場合のように余分な多数の構成要素および機能を必要と
せずに行う。

【００１０】本発明の他の特徴は、熱エネルギを供給し
結合させて要求時に相変化インクを溶融して急速点火を
行う複数のヒータおよび熱拡散器を備えていることであ
る。これら二つのヒータは基板に組込まれて小滴発生器
またはプリントエンジンの部分を形成している。しか
し、要求時溶融ヒータは、必要ならば、無しで済ませる
ことができるが、通常はプリントカートリッジの不可欠
な要素と見られている。必要ならば、固体インクを要求
時に、液相のインクが存在しているインク供給室に供給
することによりペンの構成を簡単にすることができる。
液体インクは粘度を管理するためその融点より上の温度
でプリントエンジンに分配される。必要に応じて融点よ
り上の過剰な温度が、インクを溶融するのに使用され、
別の要求時溶融ヒータの必要が無くなるが、インクを溶
融する熱を供給するのに急速点火および温度調整ヒータ
という二重機能が必要である。

【００１１】

【実施例】図１は、案内レール12、13に乗り且つ第１の
矢印14で示すように水平方向に機械的に走査されるキャ
リッジ11を備えた熱インクジェットプリンタ10の斜視図
を示している。水平走査作用はコンピュータ制御DCモー
タ（図示せず）により、モータを含む制御ループを閉じ
るのに使用される単チャンネルリニアエンコーダ（図示
せず）と関連して、従来どおりの仕方で制御される。紙
15のような印刷媒体が設けられ、アコーディオン式折り
たたみ用紙または単票シート用紙とすることができる。
用紙送給機構（図示せず）は、第２の矢印16で示したよ
うに、用紙15を水平走査方向に横断して動かす。キャリ
ッジ11が用紙15を横切って走行するにつれて複数のイン
ク滴が放出され、個別ドットの点から成る印刷帯17が用
紙15の上に現れる。

【００１２】図２は、図１に示したプリンタ10のキャリ
ッジ11に使用することができる改良プリントカートリッ
ジ24の断面で表した側面図を示す。プリントカートリッ
ジ24は、プラスチックから作ることができる、たとえ
ば、プレナムチャンバ26を備えている、中空の気密容器
すなわちペン本体25、インク封じ込め貯留部27、および
インク送給室28、から構成されている。ベローの空気袋
30がプレナムチャンバ26中に設置され、ペン本体25の上
壁の内側に取付けられている。通気孔31はベローの空気
袋30の内部からペン本体25の外部への通路となる。上述
のように、ペン本体25は気密容器で構成されている。プ
レナムチャンバ26の中の空気は典型的には水柱１インチ
と４インチとの間の部分真空を成す。後述するように、
プレナムチャンバ26の中の空気はプリンタ10の動作中加
熱されることになる。プレナムチャンバ26中の空気は加
熱されると膨張する。ベローの空気袋30は空気が膨張す
る量だけつぶれ、プレナムチャンバ26の中に部分真空を
維持するのに必要な剛さを備えており、したがってプレ
ナムチャンバ26中に捕らえられたある程度の空気の膨張
を可能とさせながら、ペン本体25の内側の圧力をほぼ一
定に維持する。

【００１３】インク封じ込め貯留部27は一定量の固体イ
ンク32を収容する。インク32は固体の塊の形で貯蔵され
ている相変化インクである。インクの塊32は上部熱拡散
器33に載置されているが、この熱拡散器33は、熱せられ
ると、これと接触しているインク塊32の下面の一部を、
熱い鉄板がバターの塊を溶かすのと同じようにして、液
化する。上部熱拡散器33は、良好な熱伝導体であるアル
ミニウムまたは銅のような金属から作られている。熱絶
縁体34が上部熱拡散器33と下部熱拡散器35との間に設置
されている。下部熱拡散器35もアルミニウムから作ら
れ、熱絶縁体34の下に設置されてインク送給室28の中の
インク32を液体に保っている。熱絶縁体34は従来のどん
な非熱伝導体からでも作ることができる。上部および下
部熱拡散器33、35、および熱絶縁体34はペン本体25の内
壁に適切な結合手段により固着されている。要求時（オ
ンデマンド）溶融ヒータ45は上部熱拡散器33の端と物理
的に密接して設置されている。急速点火および分配温度
制御ヒータ44は下部熱拡散器35と熱的に密接している。
要求時溶融ヒータ45はインク32をその融点より上の温度
まで加熱して送給室28の中に流入させる。ヒータ44はイ
ンク送給室28の中のインクをその融点より10〜40℃高く
まで加熱して排出に必要な低粘度を得る。

【００１４】相変化インクを使用するには典型的に二つ
の独立熱源、即ち要求時溶融熱源および急速点火熱源が
必要である。相変化インクは過大な溶融／凍結サイクル
にさらされると、または長く液体状態で貯蔵した後で
は、劣化することがある。このため、小滴排出により消
費された後すぐに、液相を補給する必要性がある量だけ
溶かすことが望ましい。たとえば、固体インクを室温か
ら、50％のデューティサイクルで４KHzで75ピコリット
ルの小滴を放出する100個のノズルを有するプリントヘ
ッドで相変化を伴う供給温度にまで加熱するのに約５ワ
ットの時間平均入力が必要である。

【００１５】相変化インクジェットプリンタ10を冷出発
点から急速にオンラインにし得ることはユーザにとって
重要な利点である。これを行うには、急速点火ヒータ44
を設けてインク送給室28に入っているインクを溶融す
る。後述するように、泡発生器46、または泡発生器オリ
フィス46、およびベローの空気袋30を備えている圧力調
整器はプレナムチャンバ26を部分真空に維持するのに使
用される。泡発生器46を急速点火ヒータ44の近くに設置
するのが有利である。室温から出発して10秒で動作温度
に達し、圧力を調整するには典型的に溶融インク１ミリ
リットルあたり少なくとも33ワット必要である。典型的
には、温度センサ122（図３および図９）をインク送給
室28に設置し、図９に示す温度制御ループに接続する。

【００１６】プラスチック基板41から成る可撓性で、典
型的にはＬ形の折り曲げられたプリントエンジン40がペ
ン本体25の一方の側および底面の周りに配置される。接
着剤（図示せず）がプリントエンジン40とペン本体25と
の間の構造取付および封止を行っている。急速点火ヒー
タ44および要求時溶融ヒータ45はプラスチック基板41の
内面に（ペン本体25に隣接して）設置され、要求時溶融
および急速点火の両機能を行っている。非受動態化（非
パシベーション）インクジェットヒータおよび導体に使
用される同じ材料およびプロセス段階をこれらヒータ4
4、45に使用することができる。

【００１７】本発明の新規な特徴は、熱エネルギを供給
して相変化インクを要求時に溶融し且つ急速点火を行う
手段が小滴発生器またはプリントエンジン40を形成する
基板41に組込まれ、これにより熱インクジェットカート
リッジ24の製作にあたり追加構成要素および組立段階を
不要にしていることである。

【００１８】別個の要求時溶融ヒータ45を、必要なら
ば、無しで済ませることができるが、このヒータは通常
プリントカートリッジ24の不可欠の要素と見られてい
る。必要なら、要求時固体インクを液相のインクが存在
しているインク送給室28に供給することによりペンの構
成を簡単にすることができる。液体インクは粘度を管理
するためその融点より（例えば10〜30℃）かなり高い温
度でプリントエンジン40に分配される。融点より高い過
剰な温度は必要に応じて別の要求時溶融ヒータ45を使用
せずにインクを溶かすのに使用することができるが、溶
融の熱を供給するのに急速点火および分配温度制御ヒー
タ44が必要である。

【００１９】要求時溶融ヒータ45がそれに電力を供給す
ることにより作動されると、上部熱拡散器33が熱くな
る。その温度が固体インク塊32の融点より高く上がるに
つれて、上部熱拡散器33と接触している部分において、
インク32の相変化が生じる。そのとき液体は重力によ
り、それぞれ上部熱拡散器33、絶縁体34、および下部熱
拡散器35の穴36、37、38（図３に更に明瞭に図示してあ
る）を通って流れる。液体は、温度が急速点火ヒータ44
および下部熱拡散器35により制御されている分配室28に
入る。

【００２０】ペン本体25には要求時溶融ヒータ45に隣接
するその側面に大きい開口43が設けられている。ペン本
体25にはインクをインク送給室28からプリントエンジン
40に送り込む少なくとも一つの小さい開口42が設けられ
ている。可撓折り曲げプリントエンジン40は完全な高集
積モノリシック熱インクジェット小滴発生器機構であ
る。可撓折り曲げプリントエンジン40は、ポリイミドの
ようなプラスチックまたは類似のものから作ることがで
きる可撓基板41の上に構成されている。泡発生器46はベ
ローの空気袋30と関連してインク分配圧力の調整を行
う。泡発生器46はプラスチック基板41にレーザ融除オリ
フィス46（またはオリフィス46の集まり）を設けること
により形成される。オリフィス46の直径は典型的には、
分配温度での液体の表面張力に応じて、150乃至250ミク
ロンである。

【００２１】泡発生器46は次のように動作する。空気が
液体内に泡を生じ始める圧力を既知直径のオリフィス46
により測定することは、その蒸気にさらされている液体
の表面張力を測定する当業者には周知である。この原理
を本発明ではインク分配圧力を調整するのに利用する。
泡発生器オリフィス46のメニスカスは大気圧以下の圧力
によりインク封じ込め貯留部27中に引込まれる。部分真
空が、インクが貯留部27から引出され、小滴発生器また
はプリントエンジン40により排出されるにつれて発生す
る。メニスカスの破壊により気泡がインク送給室28に入
り込むことができる。このようにして導入される空気の
付加体積は、泡発生器46を通して入る空気の時間平均は
印刷のために引出されるインクの体積と釣合い、プレナ
ムチャンバ26をほぼ一定圧力に維持するので、圧力調整
の手段となる。泡発生器46は放出される体積を作る空気
源となる。泡発生器46は所定の開放（または「クラッキ
ング」）圧力を有する弁のように作用する。泡発生器46
は、プレナムの真空がメニスカスを破壊するだけ充分高
くない限り空気をプレナムチャンバ26に入り込ませな
い。

【００２２】メニスカスが崩壊し気泡が吸い込まれる圧
力は、泡発生器オリフィス46の直径、液体インク32の表
面張力、および泡発生器46を構成する材料に関する液体
インク32の濡れ角によって決まる。表面張力および濡れ
角の公称値については、調整圧力が泡発生器オリフィス
46の直径を選択することにより設定される。オリフィス
46が小さくなれば生ずる部分真空は高くなる。部分真空
は真空が支持することができる水柱の（インチで表し
た）高さにより代表的には測られる。オリフィス46の直
径を小さくすれば（空気がインク送給室28の中に泡を生
ずることにより）調整が行われる部分真空が増大する。
たとえば、表面張力24ダイン／cmを有する相変化インク
への用途においては、直径160ミクロンのオリフィス46
が水柱2.5インチ（泡発生器46の平面で測って）に調整
する。

【００２３】本発明は、泡発生器またはプリントエンジ
ン40を形成する基板41と一体に圧力調整器を組込み、こ
れにより熱インクジェットプリントカートリッジ24の製
作時に別の構成要素および組立段階を追加する必要がな
いという新規な特徴を示している。更に、この調整器は
気泡が液相に入ることができるようにインク室28の中で
固体になっているインクを液化する局部熱源（急速点火
ヒータ44）、およびハンドリングおよび出荷の期間中局
部加熱源を取外して（急速点火ヒータ44のスイッチを切
って）泡発生器オリフィス46を封止し、ペン本体25の中
の部分真空を保存し、インクの放出を防止する手段を使
用している。

【００２４】プラスチック基板41に泡発生器46を組込ん
でいる好適実施例はプラスチックまたは他の適切な材料
から成る簡単な外部ダストシールド（図示せず）により
性能を高めることができる。泡発生器46をプリントカー
トリッジ24の露出した平らな表面に設置すると外面の濡
れ性に影響する紙のごみその他の汚染物を受けやすくな
る。これにより圧力調整が影響を受けることがあり、最
悪の場合には、インクが泡発生器46および小滴排出オリ
フィスからたれ出すことがある。

【００２５】プレナムチャンバ26の中の空気はヒータ4
4、45が作動されるにつれてかなりの温度変化を受ける
ので、泡発生器46による圧力調整はベローの空気袋30と
関連して動作する。プレナムチャンバ26の中の空気は、
泡発生器46により調整された水柱１〜４インチの部分真
空状態にあるが、要求時溶融ヒータ45により加熱される
と膨張する。一定圧力で、プレナムチャンバ26の中の空
気の体積は室温から120℃まで加熱されると約1/3膨張す
る。ベローの空気袋30はプレナムチャンバ26の部分真空
を維持するのに必要な剛さを備えており、空気が膨張す
る量だけつぶれるので、プレナムチャンバ26に捕らえら
れている空気がかなり膨張することができる一方、圧力
はほぼ一定に保たれる。本発明では、体積変化は実質上
内部で発生する熱によるものであり、ベローの空気袋30
により変化される体積は、プレナムチャンバ26の全体積
の約40％であり、インクの固体塊32がほぼ消費され終わ
っているとき空気の膨張を補償する。ベローの空気袋30
の機能はエラストマ製空気袋またはほぼ一定のプリロー
ドを利用するピストンのような、他の適切な手段によっ
て行うこともできる。

【００２６】本発明の譲受人により雇用されている他の
発明者は熱インクジェットプリントヘッドの構造要素と
して可撓プラスチック基板を考察している。他の発明者
は薄膜、障壁、オリフィス板、および電気結線を可撓プ
ラスチック基板に種々に集積している。本発明は三つの
追加機能、すなわち圧力調整、インク濾過、および急速
点火および要求時溶融ヒータ、を組込むことにより従来
技術のインクジェットプリントヘッドに対する改良を行
っている。従来の要素と組合わせることにより、これら
特徴は、インク封じ込み、機械的位置合わせ、伝熱、お
よび体積補償の各構成要素を除き、プラスチック基板41
の上に完全な熱インクジェットプリントエンジン40を製
作することができる。

【００２７】図３は本発明の原理に従って作られたプリ
ントカートリッジ24の破断部分切断図である。図３はカ
ートリッジ24の組立て方法およびその構成要素の相対位
置および関係を示している。特に、図３は要求時溶融ヒ
ータ45が上部熱拡散器33の外端に接触する仕方および急
速点火ヒータ44が下部熱拡散器35の下側に接触する仕方
を示している。このようにしてヒータ44、45のそれぞれ
の一方と熱拡散器33、35の対応するものとの間に熱径路
が作られる。穴36、37、38、およびインク送給室28が一
層明瞭に図示されているが、これらは液化されたインク
32がプリントエンジン40までの途中に通る径路を示して
いる。

【００２８】図４は本発明の高集積モノリシックプリン
トエンジン40の一実施例を示している。図４は折り曲げ
る前の基板41の前側の平面図である。基板41は、たとえ
ば、高抗張力、寸法安定性、およびインクに対する化学
的不活性を有している。ポリイミドのような、プラスチ
ックから作られている。折り曲げ線50は連続打抜き穴の
レーザ融除により形成され、折り曲げ線50の右の基板41
の部分はオリフィス板51を形成している。複数の小滴排
出室52がレーザ融除により基板41の厚さの約半分の深さ
まで形成されている。小滴排出室52は組込みインク障壁
を規定している基板41の非融除部分により互いに分離さ
れている。各小滴排出室52には基板41を貫通して完全に
融除されているノズル53が設けられている。ノズル53は
所定の直径から成り、液体インク39の小滴をカートリッ
ジ24から紙15の上に排出する。五つの室52および53を図
４に便宜のため示してあるが、実用上はその数は多くて
も少なくてもよい。本発明の主要特徴に影響を与えず
に、小滴排出室52を、基板41およびオリフィス板51の上
に積層されているはんだマスク材料のような薄膜材料内
に写真平版法で形成することができる。

【００２９】折り曲げ線50の左に小滴排出室52の中のイ
ンクを気化する複数の気化ヒータ54が設けられている。
気化ヒータ54は周知の薄膜プロセスまたは厚膜プロセス
により形成することができる。オリフィス板51を折り曲
げ線50で折り曲げてから、小滴排出室52をヒータ54の上
に重ねることが理解されよう。インク32をインク送給室
28から小滴排出室52に送る小さい開口42が気化ヒータ54
の近くに設けられている。可撓回路を形成する複数の導
電線路55が各々個別に気化ヒータ54を基板41の左端に設
置された電気接続端子56に接続している。共通の戻り回
路線64が気化ヒータ54の全部または一群を共通の戻り回
路端子65に接続している。泡発生器オリフィス46は気化
ヒータ54の近くで基板41を貫いて完全に融除されてい
る。

【００３０】図５は基板41の裏側の平面図である。プリ
ントエンジン40を図２に示すようにペン本体25の一方の
側および底面の周りに折り曲げた後では、図５に示す基
板41の裏側はプリントカートリッジ24の内側にあること
が理解される。図５において、第１の破線（指示線50）
はオリフィス板51を形成する折り曲げ線50に沿ってい
る。第２の破線61は基板41の側面57を底面58から分離す
るＬ形折り曲げ線を規定する。ノズル53はオリフィス板
51の中に見ることができ、融除されたインク送給開口42
は基板41の下面58の近くに見ることができる。泡発生器
オリフィス46は基板41の底面58の中に見ることができ
る。急速点火ヒータ44は基板41の底面58に設置され、ヴ
ァイア61bまで延びる導電線路60を備えている。要求時
溶融ヒータ45は基板41の側面57に設置され、ヴァイア63
bまで延びる別の導電線路62を備えている。共通の戻り
回路線66は急速点火ヒータ44および要求時溶融ヒータ45
を共通戻り回路ヴァイア67bに接続している。

【００３１】図６はＬ形に折り曲げられたプリントエン
ジン40の斜視図である。この図で、小滴発生器はオリフ
ィス板51を折り曲げ線50にあるレーザ融除パーフォレー
ションに沿って折り曲げ、小滴排出室52を気化室54に重
ねることにより形成されている。

【００３２】急速点火ヒータ44および要求時溶融ヒータ
45は図５に示す基板41の裏側に金属層により形成される
薄膜ヒータとすることができ、または、代わりに、それ
らヒータは基板41の所定位置にヒータ44、45を既に備え
ている第２のプラスチックフィルムを積層することによ
って形成することができる。急速点火ヒータ44および要
求時溶融ヒータ45の構成には幾つかの選択の自由があ
る。ヒータ44、45は、典型的には両端に導体の付いた0.
5乃至３平方抵抗の抵抗体材料から成る薄膜抵抗器から
構成することができる。他の実施例は抵抗体材料に開口
を備えている同じ構成を採用している。これはヒータと
前側導体をめっき貫通穴により接続するジャンパとの間
を電気的に分離する。これらの地形の周りに群集する電
流は非一様性加熱を生ずる。これはヴァイアを空間的に
配置することにより無視することができるかまたは影響
を最少限に留めることができる。他の実施例は縁辺導体
間に抵抗性ストリップを配置している。ストリップ間の
空間はヒータ44、45を前側導体間のジャンパから電気的
に分離するのに使用される。この構成は更に多数の抵抗
性材料の四角形を設けてヒータの全体としての抵抗を調
節するのに使用することもできる。

【００３３】急速点火ヒータ44には更に他の選択の自由
が存在する。泡発生器46をヒータ44の内部に設置して泡
発生器46の上でおよびプリントエンジン40とプレナムチ
ャンバ26との間のインク送給器28の中でインクを急速に
溶かすという必要性を満たすことができる。ヒータ材料
を相変化インク32に直接さらして、介在層の熱抵抗無し
で効率良く伝熱させることができる。随意に、泡発生器
46の近くの濡れ角を制御するのにヒータ材を除去する必
要があることがある。他の実施例は急速点火ヒータ44を
シルクスクリーン印刷または他の適切な手段により付着
することができる厚膜から形成している。このヒータ44
は先に説明した薄膜ヒータ44のように導体60、66および
62との電気接続を行う。

【００３４】他の実施例はヒータ44、45を薄膜ヒータ4
4、45に使用したものとは異なるプロセスを使用して別
のプラスチック基板上に形成し、導体を図４に示すよう
に前側に形成している。これらヒータ44、45、および導
体は前側メタリゼーションのリソグラフィック印刷の精
度を必要とせず、裏側ヒータおよび導体の両工程を本発
明の折り曲げ基板41に使用している段階から分離すると
いう費用上の利点が存在する。次にヒータ44、45および
導体60、66、62を備えたプラスチック基板を気化ヒータ
54、小滴排出室52、オリフィス46などを備えた基板に積
み重ねることができる。上述の仕方による第２の膜およ
びヒータの窓開口により泡発生器46をレーザ融除プロセ
スにより外側プラスチック層に形成し、積重ねた層を通
して泡立てることができる。積層ヒータは前述のように
導体60、62、および66との電気的接続を行う。接続はは
んだ付け、導電性エポキシ、または他の適切な手段によ
ることができる。

【００３５】従来の熱インクジェットプリントカートリ
ッジは織った金網から成るインクフィルタを使用してい
る。典型的には、この金網は直径が10〜20ミクロンより
大きい粒子を除外するように選択され、小滴排出オリフ
ィスが詰まらないようにしている。本発明は、図７に示
すように、プラスチック基板41にフィルタ穴70の配列を
形成するのにレーザ融除を行っている。これは、小滴排
出室52、発射ノズル53、および泡発生器オリフィス46を
含む他の構造特徴の融除と同時に行われる。

【００３６】図７は図３の集積化プリントエンジンの正
面の拡大図であり、特にフィルタ穴の配列で作られた集
積化インクフィルタの詳細を示している。図は、各々が
典型的には10〜20ミクロンの直径を有するフィルタ穴70
の配列により形成されている集積インクフィルタの詳細
を示している。折り曲げ後の小滴排出室52の足跡71はフ
ィルタ穴70の配列および気化ヒータ54を囲む点線として
見ることができる。丸穴70を示してあるが、他の構成、
扁長円、卵形、およびスロット、も有用である。集積フ
ィルタを通る流れのインピーダンスが幾つかの穴70が詰
まっても許容限界内にあるように充分な数の穴70が必要
である。穴70の数、直径、および形状は小滴排出室52の
流体整合に対して公称補充インピーダンスを得るように
選択することができる。これらフィルタ穴70は図２、図
４、および図５に示す小さなインク送給開口42の代わり
に使用されることを理解すべきである。また、フィルタ
穴70の配列は液体インクペンの他に相変化インクペンに
も使用することができることを理解すべきである。した
がって本発明には別の新規性が基板41に集積され且つ小
滴発生器46を形成しているインク濾過システムにあり、
これにより熱インクジェットプリントカートリッジ24の
製作時に構成要素および組立段階を追加する必要が無く
なっている。

【００３７】次に図8aを参照すると、小滴発生器40の破
断断面図が示されている。インク貯留部91には固体粒子
93が入っている液体インク32を収容している壁92があ
る。基板41の折り曲げ部94には液体インク32を小滴排出
室52および排出ノズル97から分離しているフィルタ穴70
の配列がある。動作時、フィルタ穴70の配列は固体粒子
93が小滴排出室52に入らないようにする。液体インク32
は相変化インクの液体とすることもできる。今度は図8b
を参照すると、図8aの小滴発生器の断面図が示されてい
る。基板41の折り曲げ部94には小滴排出室52に導くフィ
ルタ穴70が設けられている。図8bからわかるように、基
板41から構成されている小滴排出室52の一方の壁には気
化ヒータ98があり、反対の壁には排出ノズル97が設けら
れている。

【００３８】次に図９を参照すると、熱インクジェット
プリントカートリッジ24の中の温度およびインクレベル
を調整する制御システム110の概要図が示されている。
相変化インク32の固塊がインク封じ込め貯留部27に入っ
ており、液体インク115がインク送給室28に存在する。
相変化インク32の固塊は上部熱拡散器33の上に静置され
ている。要求時溶融ヒータ45は抵抗体により概略図示さ
れており、電源121に接続されて電力を得る要求時溶融
インクレベル調整器120に接続されている。インクレベ
ルセンサ122がインク送給室28の近くのペン本体25の壁
に設けられてプリントエンジン40に分配する液体を適切
なレベルに保持している。インクレベルセンサ122はイ
ンクレベル調整器120に電気的に接続されており、この
組合わせにより要求時溶融ヒータ45により発生される熱
の量を制御している。インクレベル調整器120はインク
レベルセンサ122からの信号を公称インクレベルを表す
所定値と比較する。インク送給室28の中の公称インクレ
ベルより小さいことを表す信号を受取ると、要求時溶融
ヒータ45に電力が加えられて固体インク32を溶かす。イ
ンク送給室28に入る液体はインクのレベルを上げ、イン
クレベルセンサ122が公称値以上のレベルを示すと電力
が要求時溶融ヒータ45から除かれる。インクレベルセン
サ122は当業者に既知の手段のどんな数をも使用するこ
とができる。これには自己加熱モードで動作し、存在す
る液体が装置から熱を吸収してその温度を液体の存在時
に観測される温度より下げるサーミスタがある。

【００３９】急速点火ヒータ44は抵抗体として概略図示
されており、プリントエンジン40に組込まれ、分配温度
調整器124に電気的に接続されている。分配温度調整器1
24はまた電源121から電力を引出す。温度センサ125はイ
ンク送給室28に設置されており、そこで液体インク32の
温度を監視することができる。温度センサ125は分配温
度調整器124に電気的に接続されており、この組合わせ
は急速点火ヒータ44により発生される熱の量を制御す
る。調整器124は温度センサ125からの温度関連信号を内
部の所定基準値と比較する。温度センサ125により検知
された温度が所定値より低ければ何時でも電力が急速点
火ヒータ44に加えられる。サーミスタ、熱電対、および
感温抵抗体のような当業者に周知の温度検知手段を温度
センサ125として採用することができる。インクレベル
調整器120および分配温度調整器124の両者に対して、比
例、積分、および微分補償、またはそれらの組合わせを
利用する簡単な制御アルゴリズムを使用することができ
る。

【００４０】

【発明の効果】以上のように、圧力調整、インク濾過、
要求時（オンデマンド型）溶融ヒータ、および急速点火
ヒータを組込んだ新しい、改良された集積モノリシック
熱インクジェットプリントヘッドが提供される。開示さ
れた特徴は固体の相変化インクプリントヘッドに有用で
あるが、フィルタ穴の配列は液体インクプリントカート
リッジにも有用である。泡発生器圧力調整器からの気泡
が液相に入ることができるように固体インクを液化する
局部熱源を採用し、ハンドリングおよび出荷の期間中局
部熱源を取外して泡発生器オリフィスを封止し、調整器
内の部分真空を保存し、インクの放出を防止することが
本発明の一つの特徴である。もう一つの特徴は内部の発
熱によるプレナムチャンバ内の空気の膨張が外側に通気
するベローズによって補償されていることである。上述
の実施例は本発明の原理の適用を示す多数の特定の実施
例の中の幾つかを単に示したに過ぎないことを理解すべ
きである。明らかに、当業者は本発明の範囲から逸脱す
ることなく多数の他の構成を容易に考案することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】熱インクジェットプリンタの概略図である。

【図２】本発明のプリントカートリッジの側断面図であ
る。

【図３】発明のプリントカートリッジの一部分解斜視図
である。

【図４】図２のプリントカートリッジに使用するプリン
トエンジンの平面図である。

【図５】図４のプリントエンジンの背面図である。

【図６】図４のプリントエンジンを装着用にＬ字形にし
た斜視図である。

【図７】図４のプリントエンジンの一部拡大図である。

【図８ａ】インク滴発生器の一部拡大図である。

【図８ｂ】図８ａにおける線８ｂ-８ｂによる断面図で
ある。

【図９】固体インクプリントカートリッジに対する制御
システムを示した図である。

【符号の説明】

10：熱インクジェットプリンタ、12、13：棒、15：紙、
24：プリントカートリッジ、25：ペン本体、26：プレナ
ムチェンバ、27：インク貯蔵部、28：インク送給室、3
0：空気袋、32：個体インク、33、35：熱拡散器、36、3
7、38：通路、44、45：ヒータ、46：泡発生器、40：エ
ンジン、34：熱絶縁体、41：基板、

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】プレナムチェンバ、液体インク放出室を定
   める地形を有する可撓性基板、オリフィス板、複数個の
   加熱素子を有する熱インクジェットプリントヘッドにお
   いて、相変化インクの体積および筐体の温度の関数そし
   てその体積を変化するように筐体内に配置された圧力調
   整手段と、可撓性基板中に配置された泡発生器とを有す
   るプリントカートリッジ。